化学氧化法
原理:通过使用化学氧化剂处理炭黑,在其表面引入更多的含氧官能团,如羧基(-COOH)、羟基(-OH)和羰基(-C=O)等。这些官能团可以改变炭黑的表面性质,进而影响吸油值和吸碘值。
操作方法:常用的氧化剂有硝酸、过氧化氢、臭氧等。以硝酸氧化为例,将炭黑与一定浓度(如 30% - 60%)的硝酸溶液在一定温度(如 50 - 100℃)下反应数小时(如 2 - 6 小时)。在这个过程中,硝酸中的活性氧原子与炭黑表面的碳原子发生反应,在表面生成含氧官能团。反应结束后,需要对炭黑进行充分的洗涤和干燥,以去除残留的硝酸和反应生成的副产物。
对吸油值和吸碘值的影响:引入的含氧官能团增加了炭黑表面的极性,使其与油分子之间的相互作用增强,从而提高吸油值。对于吸碘值,由于表面官能团的增加,炭黑的表面活性增强,也有利于碘的吸附,使吸碘值升高。例如,经过硝酸氧化处理后的炭黑,吸油值可能会提高 10% - 30%,吸碘值可能会提高 5% - 15%,具体数值因炭黑原始状态和氧化条件等因素而异。
表面接枝法
原理:将具有特定官能团的化合物通过化学反应接枝到炭黑表面,从而改变炭黑的表面官能团种类和数量。这些接枝的官能团可以根据需要设计,以调节炭黑的吸附性能。
操作方法:首先要对炭黑进行预处理,使其表面具有反应活性位点,例如通过氧化处理引入一些活性官能团。然后将炭黑与含有目标官能团的单体(如含有氨基、羧基或环氧基等官能团的有机化合物)在适当的反应条件下进行反应。反应条件包括合适的温度(如 60 - 120℃)、引发剂(如偶氮二异丁腈)和溶剂(如甲苯、N - 甲基吡咯烷酮等)。例如,以含有氨基的单体为例,在引发剂的作用下,氨基与炭黑表面的活性位点发生反应,将氨基接枝到炭黑表面。
对吸油值和吸油值的影响:接枝的官能团可以与油分子或碘分子产生特异性的相互作用。如果接枝的是亲油性官能团,如长链烷基,那么炭黑的吸油值会显著提高,因为长链烷基能够与油分子更好地相互作用。对于吸碘值,接枝的官能团如果能够与碘产生化学吸附(如含有不饱和键的官能团与碘发生加成反应)或改变炭黑表面的吸附环境,也可以调节吸碘值。
等离子体处理法
原理:利用等离子体中的高能粒子与炭黑表面发生碰撞,使表面的化学键断裂并产生新的活性位点,进而引入或改变官能团。等离子体处理可以在不引入大量化学试剂的情况下,有效地改变炭黑的表面性质。
操作方法:将炭黑置于等离子体反应器中,使用氧气等离子体或氮气等离子体等进行处理。处理时间可以从几分钟到几十分钟不等,功率根据等离子体发生器的类型和处理要求而定,一般在几十瓦到几百瓦之间。例如,在氧气等离子体处理过程中,高能氧离子与炭黑表面的碳原子反应,生成含氧官能团。
对吸油值和吸碘值的影响:等离子体处理引入的官能团可以改变炭黑表面的润湿性和化学活性。如果引入的是亲油官能团,吸油值会增加;同时,新生成的活性位点也有利于碘的吸附,使吸碘值上升。与化学氧化法相比,等离子体处理法可以更精确地控制官能团的引入,并且对炭黑结构的破坏相对较小。